厚薄膜混合集成电路课件-4-5-6厚膜工艺
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薄膜混合集成电路工艺讲座
常用薄膜导体材料性能 金属 块金属电阻率 （μΩ·cm） 1.62 1.73 2.44 2.68 趋肤深度 f=1GHz (μm) 2.03 2.09 2.49 2.61 膜厚1000Å 方块电阻 （μΩ/□） 0.18 0.20 0.27 0.33
Ag Cu Au Al
（3)常用的多层金属化系统 3)常用的多层金属化系统 1°NiCr/Au 系统 <500Å Au6-8um 目前2.5um 工艺简单、不适于高温,比如烧结温度下可能互 扩散，降低与基片的附着力，是目前我们用的 薄膜。 2°TiW/Au TiW/Au系统 <500Å/Au 1um TiW/Au 没电阻，工艺简单，无高温互扩散。 3°TaN/TiW/Au TaN/TiW/Au系统，不可锡焊。 TaN/TiW/Au 4°Cr/Cu/Ni/Au Cr/Cu/Ni/Au系统 Cr/Cu/Ni/Au 500Å/4μm/1μm/500Å Cu为导电层 Ni为阻挡层
NiCr膜 NiCr膜
NiCr膜也是常用的电阻膜材料，其主要成份是 NiCr(80:20)。掺入微量的Al、Si、Fe、Au 等，可使电阻温度系数接近于0。膜的厚度 也是影响电阻温度系数的主要因素之一。
该合金块状电阻率约为100μΩ·cm。膜厚 1000Å时电阻率为15Ω/□ 。
（2）导体膜
对薄膜导体的要求： 1.)微波损耗小。 损耗的原因：1°电阻 2°超肤深度δ 一般要求： 集总参数电容的电极厚度应为 1～2δ, 微带线厚度 3～5δ, 平面螺旋电感 10δ, 2）有较高的分辨率 3）基片附着力好 4）焊接能力好 5）耐候性好
5º TaN/TiW/Au/Ni/Au TaN/TiW/Au/Ni/Au系统， 25～100Ω/□∕300～500Å/0.5～ 7.6μm/0.9～1.8μm/0.5～2.5μm 可锡焊PbSn，Au/Su焊，Epoxy Wirebonding 电阻层/粘附层/导电层/阻挡层/防氧化 可键合层,有良好高温性能，可在400～ 450℃范围稳定地工作不扩散。
第3章-厚薄膜电路PPT课件
靶材碰撞，撞击出具有足够残余动能的微粒，使其运
动到达基板并黏附其上。
2021/7/24
18
溅射薄膜形成机理
膜与基板黏接的机理是在界面形成的一层氧
化物层，所以底层必须是一种容易氧化的材料。
可以通过靶材施加电位前用氩离子随机轰击对基
---化学气相淀积
液相淀积-----电镀、化学镀。
IC制造中，基于对洁净环境的需要，薄膜
的制备一般采用气相淀积技术。
下面介绍几种常用的基板气相淀积方法。
2021/7/24
5
1、蒸发法：
物理气相淀积的基
本方法之一。
真空蒸发设备主要
种类：
l电阻加热真空蒸
发
l电子束真空蒸发
图 蒸发工艺
2021/7/24
图 从一个点状源的蒸发
2021/7/24
12
电阻丝蒸发与电子束蒸发（1）
有几种进行蒸发的技术。其中最常用的是电阻加热
和电子束加热。
通过电阻加热的方法进行蒸发，通常是在难熔金属
制成的舟或用电阻丝缠绕的陶瓷坩埚，或把蒸发剂涂覆
在电热丝上进行的。加热元件通过电流，产生的热使蒸
发剂受热。由于蒸发剂容易淀积到蒸发室的内侧，用光
学的方法监测熔化的温度是有些困难的，必须用经验的
方法进行控制。也有可以控制淀积速率和厚度的闭环系
统，但是它们相当昂贵。一般来说，只要控制得当，用
经验的方法就可以获得适当的结果。
2021/7/24
13
电阻丝蒸发与电子束蒸发（2）
电子束蒸发法具有很多的优点。通过电场
加速的电子流在进入磁场后倾向与呈弧线运动，
6
蒸发淀积薄膜
当材料的蒸汽压超过周围压力时，材料就会
动到达基板并黏附其上。
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溅射薄膜形成机理
膜与基板黏接的机理是在界面形成的一层氧
化物层，所以底层必须是一种容易氧化的材料。
可以通过靶材施加电位前用氩离子随机轰击对基
---化学气相淀积
液相淀积-----电镀、化学镀。
IC制造中，基于对洁净环境的需要，薄膜
的制备一般采用气相淀积技术。
下面介绍几种常用的基板气相淀积方法。
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1、蒸发法：
物理气相淀积的基
本方法之一。
真空蒸发设备主要
种类：
l电阻加热真空蒸
发
l电子束真空蒸发
图 蒸发工艺
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图 从一个点状源的蒸发
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电阻丝蒸发与电子束蒸发（1）
有几种进行蒸发的技术。其中最常用的是电阻加热
和电子束加热。
通过电阻加热的方法进行蒸发，通常是在难熔金属
制成的舟或用电阻丝缠绕的陶瓷坩埚，或把蒸发剂涂覆
在电热丝上进行的。加热元件通过电流，产生的热使蒸
发剂受热。由于蒸发剂容易淀积到蒸发室的内侧，用光
学的方法监测熔化的温度是有些困难的，必须用经验的
方法进行控制。也有可以控制淀积速率和厚度的闭环系
统，但是它们相当昂贵。一般来说，只要控制得当，用
经验的方法就可以获得适当的结果。
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电阻丝蒸发与电子束蒸发（2）
电子束蒸发法具有很多的优点。通过电场
加速的电子流在进入磁场后倾向与呈弧线运动，
6
蒸发淀积薄膜
当材料的蒸汽压超过周围压力时，材料就会
《厚膜与薄膜技术》PPT课件
参数意义：浆料内颗粒尺寸分布和弥散的度量
测量工具：细度计
测量结果：能得到颗粒
的最大、最小和平均粒径
2021/5/28
超大规模集成电路硅衬底抛光
14
2021/5/28
固体粉末百分比含量
参数意义：有效物质与粘贴成分的质量与浆料总质量 的比值，一般为85％～92％〔质量百分比〕。
测量方法：取少量浆料样品称重，然后放在大约 400℃的炉子里直到所有的有机物烧尽，重新称量样 品。
2021/5/28
提供元器件与膜布线之间以及与更高一级组装的电互连。
提供端接区以连接厚膜电阻。
提供多层电路超导大规体模层集成之电间路硅的衬电底连抛光接。
19
2021/5/28
厚膜导体材料有三种根本类型：
可空气烧结：由不容易形成氧化物的贵金属制成的，主要 的金属是金和银，它们可以是纯态的，也可与钯或与铂存 在于合金化的形式。
印刷后，必须有足够的时间使浆料粘度增加到接近 静止粘度〔流平〕，如果在流平前把浆料置于烘干 工艺的条件下，那么浆料由于温度的升高而变得稀 薄，印出的图形将会丧失线条的清晰度。
浆料粘度的调节：
参加适当的溶剂可以很容易的降低粘度，当浆料罐 已开启屡次或把浆料从丝网返回罐中时，常常需要 这么做。
增加浆料的粘度是很困难的，需要参加更多的不挥
2021/5/28 更为困难。
超大规模集成电路硅衬底抛光
8
2021/5/28
〔2〕金属氧化物材料：一种纯金属例如Cu、Cd与浆料 的混合物
粘贴机理：纯金属在基板外表与氧原子反响形成氧化物， 金属与其氧化物粘接并通过烧结而结合在一起。属于 氧化物键合或分子键合。
特点：与玻璃料相比，这一类浆料改善了粘接性。但烧 结温度较高，一般在950～1000℃下烧结，加速了厚 膜烧结炉的损耗，炉体维护频率高。
测量工具：细度计
测量结果：能得到颗粒
的最大、最小和平均粒径
2021/5/28
超大规模集成电路硅衬底抛光
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固体粉末百分比含量
参数意义：有效物质与粘贴成分的质量与浆料总质量 的比值，一般为85％～92％〔质量百分比〕。
测量方法：取少量浆料样品称重，然后放在大约 400℃的炉子里直到所有的有机物烧尽，重新称量样 品。
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提供元器件与膜布线之间以及与更高一级组装的电互连。
提供端接区以连接厚膜电阻。
提供多层电路超导大规体模层集成之电间路硅的衬电底连抛光接。
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厚膜导体材料有三种根本类型：
可空气烧结：由不容易形成氧化物的贵金属制成的，主要 的金属是金和银，它们可以是纯态的，也可与钯或与铂存 在于合金化的形式。
印刷后，必须有足够的时间使浆料粘度增加到接近 静止粘度〔流平〕，如果在流平前把浆料置于烘干 工艺的条件下，那么浆料由于温度的升高而变得稀 薄，印出的图形将会丧失线条的清晰度。
浆料粘度的调节：
参加适当的溶剂可以很容易的降低粘度，当浆料罐 已开启屡次或把浆料从丝网返回罐中时，常常需要 这么做。
增加浆料的粘度是很困难的，需要参加更多的不挥
2021/5/28 更为困难。
超大规模集成电路硅衬底抛光
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〔2〕金属氧化物材料：一种纯金属例如Cu、Cd与浆料 的混合物
粘贴机理：纯金属在基板外表与氧原子反响形成氧化物， 金属与其氧化物粘接并通过烧结而结合在一起。属于 氧化物键合或分子键合。
特点：与玻璃料相比，这一类浆料改善了粘接性。但烧 结温度较高，一般在950～1000℃下烧结，加速了厚 膜烧结炉的损耗，炉体维护频率高。
薄厚膜集成电路PPT课件
➢ 广义来说，已封装好的元器件用锡焊焊到印 有互连导线的陶瓷基片上的电路也可认为是 混合电路。
1m.il=25.4 m =0.0254mm
12
薄/厚膜混合 集成电路：在 基片上用成膜 方法制作厚膜 或薄膜元件及 其互连线，并 在同一基片上 将分立的半导 体芯片、单片 集成电路或微 型元件混合组 装，再外加封 装而成。按照 制作互连基片 工艺的不同， 分为薄膜电路 与厚膜电路。
.
11
➢ 分立的片式元器件有晶体管、二极管、集成 电路、片电阻和电容器；成批制造的元器件 有导体、电阻器，有时还有电容器和电感器。
➢ 片式元器件是很小的没有包封的元器件。半 导体片式器件也叫裸芯片，尺寸范围从非常 小（12mil见方）的单个晶体管，到大至约 500mil见方高密度的集成电路（IC）
.
3
第一章 引言
混合集成电路（HIC）、半导体集成电 路（IC）与分立元器件电路
现代集成电路可分为半导体集成电路和 厚薄膜混合集成电路两大类，再加上散 装小型元器件的微型电路，统称为微电 子电路。
.
4
1.分立元器件电路
指电阻，电容，电感，晶体管等单一 特征元件实体按照一定的电路形式， 组成完成特定功能的实体。
分立元器件电路— 有源音箱
.
5
分立元器件电路——发射机
➢体积大，能耗高，故障率高。现主要用于实验、教学中。 ➢“用分立元件造P4的话，大概有国家大剧院那么大”
.
6
2.半导体集成电路（IC）
也叫单片集成电路（monolithic IC）. 其电路构建在单晶基片上，电路中含 有有源器件（晶体管、二极管等）、 无源元件（电阻、电容等）及它们之 间的互连导线，几乎所有的电路元器 件都是通过诸如外延生长、掩模杂质 扩散、氧化物生长、氧化物刻蚀、定 义图形的光刻等这些工艺制造在基片 内。最后，内部接触用铝与1%-2%硅 和2%-4%铜的合金做成。
1m.il=25.4 m =0.0254mm
12
薄/厚膜混合 集成电路：在 基片上用成膜 方法制作厚膜 或薄膜元件及 其互连线，并 在同一基片上 将分立的半导 体芯片、单片 集成电路或微 型元件混合组 装，再外加封 装而成。按照 制作互连基片 工艺的不同， 分为薄膜电路 与厚膜电路。
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11
➢ 分立的片式元器件有晶体管、二极管、集成 电路、片电阻和电容器；成批制造的元器件 有导体、电阻器，有时还有电容器和电感器。
➢ 片式元器件是很小的没有包封的元器件。半 导体片式器件也叫裸芯片，尺寸范围从非常 小（12mil见方）的单个晶体管，到大至约 500mil见方高密度的集成电路（IC）
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3
第一章 引言
混合集成电路（HIC）、半导体集成电 路（IC）与分立元器件电路
现代集成电路可分为半导体集成电路和 厚薄膜混合集成电路两大类，再加上散 装小型元器件的微型电路，统称为微电 子电路。
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4
1.分立元器件电路
指电阻，电容，电感，晶体管等单一 特征元件实体按照一定的电路形式， 组成完成特定功能的实体。
分立元器件电路— 有源音箱
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5
分立元器件电路——发射机
➢体积大，能耗高，故障率高。现主要用于实验、教学中。 ➢“用分立元件造P4的话，大概有国家大剧院那么大”
.
6
2.半导体集成电路（IC）
也叫单片集成电路（monolithic IC）. 其电路构建在单晶基片上，电路中含 有有源器件（晶体管、二极管等）、 无源元件（电阻、电容等）及它们之 间的互连导线，几乎所有的电路元器 件都是通过诸如外延生长、掩模杂质 扩散、氧化物生长、氧化物刻蚀、定 义图形的光刻等这些工艺制造在基片 内。最后，内部接触用铝与1%-2%硅 和2%-4%铜的合金做成。
厚膜混合集成电路 课件第1章
2
元件数 门数
SSI <102 <10
MSI 102 ~ 10 3 10 ~ 102
LSI 103 ~ 10 5 102 ~ 104
VLSI 105 ~ 10 7 104 ~ 106
ULSI 107 ~ 10 9 106 ~ 108
GSI >109 >108
厚膜技术的发展
厚膜技术起源于古代—唐三彩
获得2000年Nobel物理奖
1958年第一块集成电路：TI公司的Kilby，12个器件，Ge晶片
• 1964年人们提出了大规模集成电路的设想和 概念，并很快于1966年研制成功大规模集成 电路。 大规模集成电路在提高集成度、可靠性、工 作频率和电路工作速度等技术性能方面的一 系列重大成就，使电子设备和电子系统出现 了崭新的面貌，从而使电子技术的发展进入 了第四代。
2．难以把各种不同类型的、性能差异很大的 元器件集成在同一衬底上； 难以外贴组装上各种具有特殊性能的元器件；
因此很难制成各种多功能的复杂的模拟电路。
3．半导体衬底的绝缘性能不如陶瓷、玻璃、 蓝宝石等绝缘基板，因此其元器件之间的 隔离不够完善； ● 造成寄生效应大，这样就会使电路在高频 下难以稳定地工作； ● 难以制造大功率、大电流、高电压等各种 有特殊要求的电路；
• 1968年Dennard——单晶体管DRAM
• 1971年Intel公司微处理器——计算机的心脏
– 目前全世界微机总量约6亿台，在美国每年由计算机完成 的工作量超过4000亿人年工作量。美国欧特泰克公司认 为：微处理器、宽频道连接和智能软件将是21世纪改变 人类社会和经济的三大技术创新
微电子发展的规律 不断提高产品的性能价格比 是微电子技术发展的动力 集成电路芯片的集成度每三 年提高4倍，而加工特征尺 寸缩小 2 倍，这就是摩尔
集成电路芯片封装技术之厚膜技术PPT(25张)
氮气中烧结的有机载体必须发生分解和热解聚。
传统金属陶瓷厚膜浆料成分—溶剂或稀释剂
自然形态的有机粘结剂太粘稠不能进行丝网印刷， 需要使用溶剂或稀释剂，稀释剂比粘结剂较容易挥发， 在大约100℃以上就会迅速蒸发，典型材料是萜品醇、 丁醇和某些络合的乙醇；
溶剂或稀释剂用于烧结前的有机粘结剂的稀释， 烘干和烧结时挥发掉。
5、世上最美好的事是：我已经长大，父母还未老;我有能力报答，父母仍然健康。
•
6、没什么可怕的，大家都一样，在试探中不断前行。
•
7、时间就像一张网，你撒在哪里，你的收获就在哪里。纽扣第一颗就扣错了，可你扣到最后一颗才发现。有些事一开始就是错的，可只有到最后才不得不承认。
•
8、世上的事，只要肯用心去学，没有一件是太晚的。要始终保持敬畏之心，对阳光，对美，对痛楚。
厚膜印刷所用材料是一种特殊材料——浆料，而薄膜 技术则是采用镀膜、光刻和刻蚀等方法成膜。
厚膜电路特点及应用
较之普通PCB，厚膜电路在散热性和稳定性方面优 势明显；而且，比普通PCB能更适应环境。
由于汽车电子产品所处环境通常都比较苛刻（不 包括车内影音娱乐系统），比如动力控制系统和发动 系统，所处环境高温、高湿、大功率、高振动等。普 通PCB无法满足这些环境条件需求时，厚膜电路就会体 现出它的价值。基于厚膜电路在高温、高压、大功率 的应用中有极大的优势。一般主要应用在汽车电子、 通讯系统领域、航空航天及一些军工领域。
•
9、别再去抱怨身边人善变，多懂一些道理，明白一些事理，毕竟每个人都是越活越现实。
•
10、山有封顶，还有彼岸，慢慢长途，终有回转，余味苦涩，终有回甘。
•
11、人生就像是一个马尔可夫链，你的未来取决于你当下正在做的事，而无关于过去做完的事。
传统金属陶瓷厚膜浆料成分—溶剂或稀释剂
自然形态的有机粘结剂太粘稠不能进行丝网印刷， 需要使用溶剂或稀释剂，稀释剂比粘结剂较容易挥发， 在大约100℃以上就会迅速蒸发，典型材料是萜品醇、 丁醇和某些络合的乙醇；
溶剂或稀释剂用于烧结前的有机粘结剂的稀释， 烘干和烧结时挥发掉。
5、世上最美好的事是：我已经长大，父母还未老;我有能力报答，父母仍然健康。
•
6、没什么可怕的，大家都一样，在试探中不断前行。
•
7、时间就像一张网，你撒在哪里，你的收获就在哪里。纽扣第一颗就扣错了，可你扣到最后一颗才发现。有些事一开始就是错的，可只有到最后才不得不承认。
•
8、世上的事，只要肯用心去学，没有一件是太晚的。要始终保持敬畏之心，对阳光，对美，对痛楚。
厚膜印刷所用材料是一种特殊材料——浆料，而薄膜 技术则是采用镀膜、光刻和刻蚀等方法成膜。
厚膜电路特点及应用
较之普通PCB，厚膜电路在散热性和稳定性方面优 势明显；而且，比普通PCB能更适应环境。
由于汽车电子产品所处环境通常都比较苛刻（不 包括车内影音娱乐系统），比如动力控制系统和发动 系统，所处环境高温、高湿、大功率、高振动等。普 通PCB无法满足这些环境条件需求时，厚膜电路就会体 现出它的价值。基于厚膜电路在高温、高压、大功率 的应用中有极大的优势。一般主要应用在汽车电子、 通讯系统领域、航空航天及一些军工领域。
•
9、别再去抱怨身边人善变，多懂一些道理，明白一些事理，毕竟每个人都是越活越现实。
•
10、山有封顶，还有彼岸，慢慢长途，终有回转，余味苦涩，终有回甘。
•
11、人生就像是一个马尔可夫链，你的未来取决于你当下正在做的事，而无关于过去做完的事。
厚膜技术第三章第一讲
3.2 厚膜浆料的原材料及制备工艺
3.2.1 厚膜浆料的特性及分类 流体类型 触变性
金属陶瓷厚膜
难熔材料厚膜（还原气氛，高温）
聚合物厚膜 （有机基板）
3.2.1 厚膜浆料的共性及分类
3.2 厚膜浆料的原材料及制备工艺
3.2 厚膜浆料的原材料及制备工艺
3.2.2 厚膜浆料的原材料 有效物质； 粘贴成分； 有机粘贴剂； 溶剂或稀释剂.
3.4 不同的厚膜材料
3.4.5 厚膜电阻 厚膜电阻的性能 电阻温度系数：TCR=(R2-R1)/R1（T2-T1） 热端TCR（25-125℃） 冷端TCR（-55-25 ℃）
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03
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3.4 不同的厚膜材料
3.4 不同的厚膜材料
3.4.5 厚膜电阻 厚膜电阻的性能 电阻噪声来源： 热噪声：由于热引起电子在能级之间随机跃迁的结果； 与频率无关，为白噪声； 电流噪声：材料里边界之间的能级突变，属于正比1/f频谱。 理论上：高值电阻比低值电阻具有更高的噪声电平； 大面积电阻具有很低的噪声电平； 较厚的电阻具有较低的噪声电平.
01
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3.4.1 厚膜导体材料
3.4 不同的厚膜材料
金导体：不易氧化，可用于高可靠性场合，如军事、医学等
01
金易于与锡合金化，并融入其中，形成金属间化合物，因此金常与铂或者钯预先形成化合物以防止与锡作用。
02
银导体：最大的特点是电导率高，最大的缺点是易迁移；
03
利用钯和铂同样可使银的迁移速率降低（4：1）
04
3.4.1 厚膜导体材料
电子材料第4章厚膜工艺20120618
第4章厚膜工艺厚膜工艺是指将电子浆料通过丝网印刷等方法印制在陶瓷基板或者其他绝缘基板上，经干燥、烧结后形成厚度为几微米到数十微米的膜层。
在微电子领域中，用厚膜技术在基板上形成导体、电阻和各类介质膜层，并在基板上组装分立的半导体器件芯片、单片集成电路或微型元件，封装后构成厚膜混合集成电路。
厚膜混合集成电路能耐受较高的电压、较大的电流和功率，广泛用于民用无线产品、高可靠小批量的军用、航空航天产品中。
本章主要介绍几种主要的厚膜浆料及特性；厚膜图案形成工艺；厚膜的干燥和烧成等厚膜工艺。
§4.1 厚膜浆料厚膜浆料是由一种或多种无机微粒分散在有机高分子或低分子化合物溶液中组成的胶状体或悬浮体；有机化合物溶液称为有机载体。
4.1.1 厚膜浆料的特性和制备厚膜浆料是构成厚膜电路的关键材料，其组成、特性直接决定电路的电性能和工艺性能：如流变触变性、工艺重现性、相容性和烧结特性等。
1. 厚膜浆料的组成厚膜浆料一般都是由三种主要成分组成：功能相，粘结相和有机载体。
功能相决定厚膜的电性能。
根据功能相的不同，厚膜浆料可分为导体浆料，电阻浆料，介质(电容)浆料和磁性(电感)浆料等。
导体浆料的功能相一般是贵金属、贱金属或合金的混合物；在电阻浆料中，通常是导电氧化物、合金、化合物或盐类等；介质浆料的功能相一般是铁电体氧化物、盐类、玻璃、晶化玻璃或玻璃-陶瓷以及这些材料的混合物；磁性浆料中功能相主要是铁氧体材料。
粘结相的作用是将功能相粘结在一起，并使膜层与基片牢固结合。
粘结相通常是玻璃釉粉的混合物。
玻璃釉粉是由各种金属氧化物在高温下熔融淬火而得到的玻璃粉。
根据在玻璃中的主要作用，氧化物大致可分为三类：第一类为构成玻璃基本骨架的氧化物，如SiO2、B2O3等，它们能单独形成机械性能和电性能优良的玻璃；第二类是调节玻璃的物理、化学性能的氧化物，如Al2O3、PbO、BaO、ZnO等，它们可改善玻璃的热膨胀系数、机械强度、热和化学稳定性等；第三类是用于改进玻璃性能的氧化物，如PbO、BaO、B2O3、CaF2等，它们能降低玻璃的熔化温度，同时还保证玻璃的电性能和化学性能。
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※ 4.1.7 低温共烧陶瓷（LTCC）
表4-3 低温共烧LTCC超过其他厚膜工艺的优点
超过HTCC的优点
较低的烧成温度（850-950℃对12001500℃）
标准的良好的烧成环境（空气对氢/氮气） 使用低电阻率的导体的能力（金、银和 铜对钨或钼） 不需要电镀
能共烧和集成无源元件（电阻、电容、 电感器）
※ 4.1.1 丝网印刷
丝网印刷所产生 的图形取决于使 用正的或负的原 图和已在丝网上 正的或负的光敏 乳胶
※4.1.1 丝网印刷
影响厚膜电路质量的因素
丝
流厚
网
性膜
本
和浆
身
流料
的
动的
质
性液
量
※4.1.1 丝网印刷
➢丝网是由贴到网框上的拉紧的网布，再加上光敏乳胶。 ➢丝网的目数：每英寸长的丝网布中的开口孔数，它决定了导体和电阻的 尺寸及它们的公差，导线之间的间隔和孔的尺寸。
气保护炉内烧成。 允许使用金、银等高导电率的导体浆料，适用于高速电路，如RF
电路； 无源器件能与陶瓷共烧，埋入单片结构中。 2）通过用LTCC将互连基片、封装和引线一体化的设计方法，能产生非常 扁薄的封装 3） 可产生复杂形状或三维电子线路和封装。
用LTCC工艺生产部件有如下缺点： 由于有高的玻璃含量（50%或更大），所以热传导率非常低（2-3 W/m∙K） 较低的结构强度，原因仍是由于高的玻璃含量； 当烧成时瓷带收缩。
低的介电常数
CTE与硅器件更匹配
更好的尺寸和翘曲度控制
超过顺序烧成厚膜工艺的优点 成批层压和共烧
做多层基片时层数可以做的更多 工艺步骤少，成本低
高密度互联基片能与密封封装集成 能形成空腔和特定形状的基片 能与埋入的无源器件共烧 导体有更大的附着力
能焊散热片、引线框架和密封环 能控制和增加介质厚度及控制平整度
网 上
具有轮廓清晰，操作简单的优点。
的
三
种
直接-间接法：先把以一单独的光敏膜贴到丝网上，然后在
方
丝网上曝光和显影。
法
优点：轮廓清晰，操作简单、允许加各种乳胶膜。
※4.1.1 丝网印刷
➢液流性，特别是触变性对获得可预测的和可重复生产的小的、分 辨率高的小孔、电阻/导体的几何图形和厚度特别重要 ➢触变性是一种可变的流动性，浆料粘度在静止时不流动或很少流 动，有点像固体的性质，但在加上切变力时，粘度突然减小，能够 很快流动，去掉切变力后，粘度再次增加。
高I/O输出脚数的VHSIC共烧 氧化铝陶瓷的封装
共烧带金属化结构
※ 4.1.6 高温共烧陶瓷（HTCC）
表4-2 厚膜工艺和高温共烧（HTCC）带工艺的比较
厚膜
高温共烧带
顺序丝网印刷、干燥、烧成
叠层层压，仪器烧成
在850-1000℃的空气中烧成
在＞1500℃的氢气中烧成
允许用各种导体和介质浆料
只能用难熔金属导体和高含量玻璃介质
※ 4.1.2 干燥
干燥工艺：通过适当地加热从丝印完的浆料中去掉有机 溶剂。
1）新印完浆料的基片先在空气中凉干5-10min，让其流平。
2）通过温度为120-150℃的带式炉，让其完全干燥，时间约10~20 min， 在这期间，有机溶剂挥发跑掉。
有些情况下，新印完的基片在提高温度干燥前，室温下 凉干1h到几小时能得到更好的结果。这样可缓慢地去掉溶剂 并流平，减小浆料的流动和尺寸的变化，避免产生气泡。
※ 4.1.3 烧成
干燥以后基片被送入有几个温区的高温带式炉（如图4-4 所示）里烧结。
图4-4 干燥炉和烧结炉的剖面
※ 4.1.3 烧成
温区A,200-500℃,暂时性的有机结合剂在空气中氧化分解而被去掉。遇 到这些温度时，结合剂分解成小的气态的碎片，很快通过烟道而被抽跑。 未能完全去掉的结合剂会形成碳化淀积，陷在浆料中，会改变最后产品 的电性能和物理性能。因此，要求有一有效的空气流，使有机材料能定 量地氧化和分解成容易气化的物质。（烧掉区）
M------目数。
线径的范围是0.0008-0.0037in。对325目和200目的丝网常用的线径分别为 0.0011in和0.0016in。
※4.1.1 丝网印刷
丝网上掩膜的质量与性能也是影响厚膜几何尺寸和重复性的关键因 素之一。
加 乳
直接法：光刻胶以液体形式加到丝网上，干燥，曝光显影
胶
到
丝
间接法：图形单独在光敏膜上曝光显影，然后贴到丝网上，
§4.2 直接描入
除了丝网印刷以外，厚膜可以用描入方法直接淀积到基 片上。这是一种受预定程序的控制将浆料加力通过细的喷 嘴流出，由一计算机数据库控制有选择性的流出图形。
优点：
✓不需要丝网和掩模； ✓提供原型和小量到中等量的电 路快速周转；
✓顺从性好，适应表面地形； ✓能很快完成设计反复，拿出新 样品； ✓能描出不同面电阻率的电阻， 在同一步骤中干燥烧成。
LTCC使用低得多的烧成温度，允许使用高电导率的金 属浆料如金、银和铜。它们可以在空气中烧成。
两种工艺差别实质上起源于使用不同的生坯带，LTCC 使用的瓷带有很高的玻璃含量。
※ 4.1.6 高温共烧陶瓷（HTCC）
多层共烧带工艺的主 要优点是能够设计制造 超高密度的20层以上导 体层（IBM为用于主计 算机做的导热模块层做 到60层）的多层互联。 相反，常规的厚膜工艺 切合实际的上限大约为 7层导体。
在丝网印刷工 艺过程中，浆 料粘度的变化
※4.1.1 丝网印刷
★丝网印刷在很大程度上是一种技巧。一个有技巧的操作工，在实 际印刷前，用几次试验就能设置好丝网印刷参数。丝网张力、丝网 角度、刮板速度、刮板压力、刮板角度和接触距离是必须用经验建 立的变量。现已有手动、半自动和全自动的丝网印刷机。
图为一台由微处理机 控制的丝网印刷机 （1505型），该机由 AMI公司生产。
缺点：初始设备成本高，大批量生产速度很慢。
适用：项目早期阶段的样品生产、测试和重复制造，作为过 渡到丝网印刷大批量生产的补充手段。
※ 4.2.1 细线厚膜工艺
通过使用非常细目的不锈钢丝丝网（400目或更细），控制丝 网乳胶厚度，使用基于得到较好控制的更小颗粒度的浆料配方， 小到2mil的线宽和间隔已经有报道。
※ 4.2.1 细线厚膜工艺
➢金属有机分解（MOD）工艺，利用金属有机物分解代替浆料（不像 厚膜浆料那样是不同种类颗粒化合物混合、金属有机物实质上是一种 溶液） ➢主要工艺步骤
a) MOD溶液可以用丝网印刷、自旋涂覆或喷涂方法施加到基片上，干 燥去掉溶剂。
b) 视配方的不同，在580-850℃温度下烧成。金属有机物的有机部分， 烧成时分解和挥发，使留下的自由金属层粘附在基片上。
c) 然后执行正常的光刻、曝光、显影和刻蚀步骤。
➢特点：单次印刷产生的膜非常薄，制作电阻需要2-3次印刷。这种方 法可以得到10微米的导线分辨率。
※ 4.2.1 细线厚膜工艺
➢厚膜浆料本身配制成光敏性 的，然后光刻蚀工艺可以避免 涂覆光刻胶和去胶的步骤。如 右图所示。 ➢工艺原理：早期的组分包含 一种负性的光敏胶材料，它允 许被干燥导体层通过掩模曝光 成掩模的图形，溶解未曝光的 部分，随后进行烧成。
厚薄膜工艺结合的方法
a) 将特殊配方的细颗粒厚度浆料首先印刷在基片的整个表面上，干燥 并烧成。
b) 然后，使用薄膜光刻工艺刻蚀厚膜上的选择性区域。光刻胶用自旋 涂覆、喷涂或压层施加在厚膜整个表面上。
c) 通过有所需图形的掩模用紫外光曝光、接着显影，得到所希望的图 形。
d) 然后，再刻蚀厚膜并剥离光刻胶。 特点：这种工艺（减法工艺）与直接丝网印刷的加法工艺相比有点昂贵， 但是报道已长生窄到15微米的导线宽度和间隔。
※ 4.1.3 烧成
★无玻璃的浆料，其烧成曲线稍有不同， 制网 需要更高的峰值温度（900°~1000°）， 使浆料中的氧化铜与氧化铝之间有更好 的化学反应。
丝网印刷
厚膜高温烧结炉 厚膜电阻激光修调
图4-6 典型的厚膜烧成曲线
※ 4.1.4 多层厚膜工艺
☆通过顺序印刷和烧成方法，在陶瓷基片上制造多层导体、介质 和电阻器，得到高密度的互联基片。 ☆导线和间隔5~10mil，通孔直径为10~20mil，可实现7层互连线。
第四章 厚膜工艺
4.1 制造工艺 4.2 直接描入 4.3 各种浆料 4.4 非贵金属厚膜 4.5 聚合物厚膜
§4.1 制造工艺
厚
丝网印刷
网布材料
膜 电
主要用：
路
制
不锈钢丝
造
干燥
的
网、合成
关
键
丝网（克
工
艺
烧成
龙和尼龙）
※ 4.1.1 丝网印刷
★ 丝网印刷是将粘性的浆料在漏印丝网上用力推动使其通 过网孔将图形淀积到基片上。推动浆料的橡皮刮刀叫刮板， 它将力作用于浆料，使其通过丝网。 ★为了产生丝网漏印版，拉紧不锈钢网布，然后用机械力 或粘结方法将网布固定在金属框架上，金属框架常用铸铝 做成。然后在丝网上产生一种负掩膜，使导体、电阻或介 质浆料能被刮板的力（选择性的漏过丝网网孔）漏印到基 片上，从而在基片上产生图形。
※ 4.1.5 多层共烧陶瓷带工艺
►不同于顺序加工的厚膜工艺。它的基片和全部介质层起初都 处于未烧的状态，称为生坯陶瓷或生坯带。 ►生坯陶瓷或生坯带：是将氧化物、玻璃、有机结合剂、溶剂、 增塑剂进行球磨混合，再将此糊状物流延成大的薄片，干燥而 成。可以被冲孔、剪切。 ►多层共烧陶瓷带工艺：先将生坯带冲孔、剪切，再用厚丝网 印刷方法印刷厚膜导体浆料，形成导线和填孔。这些多层共烧 膜的每一层分别制造，然后对准叠合，在层压机里层压。之后 作为一个整体共烧。烧结一次！
*必须使用钨、钼、锰或其它难 溶金属浆料。 *烧成时必须使用氢气保护。